Раздел 3. Водная среда города 139

ц иент конструктивного обмена, равный отношению части валовой первич­ной продукции фитопланктона, идущей на образование новых клеток, к об­щей валовой продукции сообществ; к_у — коэффициент, отражающий влия­ние скорости течения в области лимитирующих и критических значений на процессы первичного продуцирования и деструкции органического вещества; \l — кислородный эквивалент фитопланктона; Ь, — скорость поедания фито­планктона зоопланктоном; 5 — коэффициент, учитывающий воздействие тех­ногенных факторов на смертность фитопланктона.

Приведенная система дифференциальных уравнений не имеет аналити­ческого решения и решается методом численного моделирования с исполь­зованием ЭВМ.

3.10. Формирование подземных вод

на урбанизированных территориях

Из всех элементов литосферы наибольшей динамичностью и скорос­тью ответной реакции на воздействие техносферы обладают подземные воды. К подземным водам относят все виды воды, находящиеся ниже по­верхности земли.

По характеру связи с горными породами и степени подвижности подзем­ные воды подразделяют на три группы: химически связанную, включая кон­ституционную, кристаллизационную и цеолитную; физически связанную, включая прочносвязанную, рыхлосвязанную и капилярную; и свободную воду.

Химически связанная вода удерживается внутри минералов, слагающих поро­ды, силами, значительно превышающими силу тяжести. Удаляется из минера­лов при нагревании. Полное разрушение кристаллической решетки с удалением конституционной воды происходит при температурах в несколько сот градусов. Кристаллизационная вода удаляется при температуре, превышающей 105° С; цеолитная выделяется постепенно, начиная с температур порядка 40° С.

Физически связанная вода содержится главным образом в тонкодисперс­ных породах и удерживается на поверхности частиц силами, имеющими элек­трическую природу. Диполи прочносвязанной воды входят в состав гранулы коллоидной мицеллы, рыхлосвязанная вода входит в состав диффузного слоя, располагающегося вокруг адсорбционного слоя, молекулы которого удержи­ваются силами молекулярного притяжения. Рыхлосвязанная вода может пе­редвигаться в процессе выравнивания толщины гидратной оболочки у сосед­них частиц, а также под влиянием осмотических и электроосмотических сил. В глинах количество рыхлосвязанной воды может достигать 30%, а суммар­ное количество связанной воды — до 50%.

Капиллярная вода является наиболее подвижной из всех видов связанной воды. Капиллярная вода не подчиняется закону силы тяжести и передвигает­ся в капиллярных порах снизу вверх от уровня подземных вод. Ограничение подвижности связано с действием сил поверхностного натяжения на границе раздела "вода-порода".

140 Экология города

С вободная (гравитационная) вода заполняет поры и пустоты в горных поро­дах и передвигается в них под влиянием силы тяжести сверху вниз или в раз­личных направлениях под влиянием перепада давлений (градиента напора).

Научно-технический прогресс неразрывно связан с использованием и загрязнением подземных вод. Основными стимулами к использованию под­земных вод в индустриальную эпоху были потребность в более качественной и здоровой, чем поверхностная, воде и большее удобство использования подземной воды, источник которой максимально приближен к объекту водо­снабжения. На протяжении столетий человек использует природную систему очистки и доставки воды к месту использования. Эта природная система, включающая водоносные горизонты, разделяющие их водоупорные слои, перекрывающие ненасыщенные грунты и почвы, в силу своей большой ем­кости и специфических свойств в большинстве случаев обеспечивает более устойчивое водоснабжение, по сравнению с поверхностными источниками воды. Однако в пределах практически любого региона ресурсы подземных вод по объему всегда уступают поверхностным. Так, ресурсы поверхностных вод, формируемые на территории Украины в маловодный год, составля­ют 29 700 млн м³, а прогнозные ресурсы подземных вод не превышают 7000 млн м³, что в четыре с лишним раза меньше. В ряде случаев подземные воды не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к питьевой воде.

В настоящее время основной объем используемой человеком подзем­ной воды — это пресные воды, циркулирующие в зоне активного водообме­на, простирающейся от приповерхностных слоев земли до глубин от сотен метров до 1 км. Питание подземных вод осуществляется в основном из ат­мосферных осадков, вымывающих из почв, грунтов зоны аэрации и пород водонасыщенной зоны накопленные там и постоянно пополняемые загряз­няющие вещества. Первый от поверхности водоносный горизонт — грунто­вые воды, в силу своей приближенности к источникам загрязнения и отсут­ствию изолирующих слоев повсеместно загрязнен. Загрязнение этих вод в городах настолько значительно, что их очистка для последующего исполь­зования нецелесообразна.

Межпластовые воды, залегающие на глубинах до 100 м, имеют сравни­тельно большую защищенность от поверхностных загрязнений. Циклы во­дообмена этих горизонтов составляют от нескольких лет до нескольких де­сятков лет. Эти воды в настоящее время широко используют для водоснаб­жения населенных пунктов. Однако в последние десятилетия тенденции к техногенному загрязнению неглубоко залегающих подземных вод Украины наметились на трети всех эксплуатируемых водозаборах питьевых вод. На­пример, в Харькове на водозаборах, расположенных в черте города, в воде верхнемелового водоносного горизонта, залегающего в интервале глубин 40—80 м, фиксируется сверхнормативное содержание нефтепродуктов, сле­ды фенолов, пестицидов. В пределах Харьковской промышленно-городской агломерации, несмотря на наличие перекрывающего регионального водо-упора эоценовых мергелей, в процессе эксплуатации межпластовых вод верх­немелового водоносного горизонта в него проникают загрязненные грунто­вые воды. За 80 лет эксплуатации верхнемелового водоносного горизонта